(tulisan) KONSEP DASAR MEMORI

KONSEP DASAR MEMORI

Konsep-konsep Dasar Memori
Memori sebagai tempat penyimpanan instruksi/ data dari program. Memori adalah pusat kegiatan pada sebuah komputer, karena setiap proses yang akan dijalankan, harus melalui memori terlebih dahulu. Supaya untuk dapat dieksekusi, program harus dibawa ke memori dan menjadi suatu proses.
Jenis-jenis  Memori :
- Memori Kerja
• ROM/PROM/EPROM/EEPROM
• RAM
• Cache memory
- Memori Dukung
Floppy, harddisk, CD, dll.

KONSEP BINDING

Sebelum eksekusi, program berada di dalam disk, dan saat dieksekusi program tersebut perlu berada pada suatu lokasi dalam memori fisik. Address Binding adalah cara instruksi dan data (yang berada di disk sebagai file executable) dipetakan ke alamat memori. Alamat (address) pada source program umumnya merupakan alamat simbolik. Sebuah compiler biasanya membutuhkan “mengikat” (bind) alamat simbolik ke alamat relokasi.
Address Binding dapat berlangsung dalam 3 tahap yang berbeda, yaitu :
•    kompilasi,
•    load, atau
•    eksekusi dari suatu program

 Cara Sistem Operasi menempatkan program di dalam memori :
•    Kompilasi dan Linking menerjemahkan semua simbol data berdasarkan alamat acuan absolut
•    Proses relokasi (proses mapping program dari lokasi memori) terjadi apabila :
1.    Jika program berada di memori, maka semua alamat lojik dalam program harus dikonversi ke alamat fisik.
2.    Statis : relokasi alamat dilakukan sebelum program dijalankan
3.    Dinamis : relokasi alamat dilakukan pada saat referensi setiap instruksi atau data


2.3 Dynamic Loading
 
Dengan dynamic loading merupakan suatu routine tidak diload sampai dipanggil. Semua routine disimpan pada disk sebagai format relocatable load.
Mekanisme dasar :
•    Program utama diload dahulu dan dieksekusi
•    Bila suatu routine perlu memanggil routine yang lain, routine yang dipanggil lebih dahulu diperiksa apakah routine yang dipanggil sudah diload. Jika tidak, relocatable linking loader dipanggil untuk meload routine yang diminta ke memori dan mengupdate tabel alamat dari program yang mencerminkan perubahan ini.
Keuntungan dari dynamic loading adalah :
•    Rutin yang tidak digunakan tidak pernah di-load
•    Cocok untuk kode dalam jumlah besar
•    Digunakan untuk menangani kasus-kasus yang jarang terjadi seperti error routine
•    Tidak memerlukan dukungan khusus dari sistem operasi. Sistem operasi hanya perlu menyediakan beberapa rutin pustaka untuk implementasi dynamic loading. 2.4 Dynamic Linking
Konsep dynamic linking sama dengan dynamic loading. Karena Pada saat loading, linking ditunda hingga waktu eksekusi.
Program-program user tidak perlu menduplikasi system library karena :
•    System library dipakai bersama
•    Mengurangi pemakaian space : satu rutin library di memori digunakan secara bersama oleh sekumpulan proses
Contoh : DLL Win32
Mekanisme menggunakan stub (potongan kecil yang mengindikasikan bagaimana meload library jika routine tidak tersedia saat itu) :
•    Saat stub dieksekusi, ia akan memeriksa apakah rutin ybs sudah berada di dalam memori(diakses oleh proses lain yang run), kalau belum ada maka rutin tersebut diload
•    Stub menempatkan dirinya pada alamat rutin dan mengeksekusi rutin tersebut
Dynamic Linking membutuhkan beberapa dukungan dari OS, misal :
•    Bila proses-proses di memori utama saling diproteksi, maka SO melakukan pengecekan apakah rutin yang diminta berada diluar alamat.
•    Beberapa proses diijinkan untuk mengakses memori pada alamat yang sama.
File dynamic linking berekstensi :
•    .dll
•    .sys
•    .drv 2.5 Overlay
Hanya instruksi dan data yang diperlukan pada suatu waktu yang disimpan di memori. Overlay diperlukan jika ukuran proses lebih besar dari memori yang dialokasikan untuknya.
Overlay tidak membutuhkan dukungan khusus dari SO antara lain :
•    User dapat mengimplementasikan secara lengkap menggunakan struktur file sederhana
•    OS memberitahu hanya jika terdapat I/O yang melebihi biasanya

Strategi Manajemen Memori
Strategi yang dikenal untuk mengatasi hal tersebut adalah memori maya. Memori maya menyebabkan sistem seolah-olah memiliki banyak memori dibandingkan dengan keadaan memori fisik yang sebenarnya. Memori maya tidak saja memberikan peningkatan komputasi, akan tetapi memori maya juga memiliki bberapa keuntungan seperti :
 Large Address Space
Membuat sistem operasi seakan-akan memiliki jumlah memori melebihi kapasitas memori fisik yang ada. Dalam hal ini memori maya memiliki ukuran yang lebih besar daripada ukuran memori fisik.
Proteksi.
Setiap proses di dalam sistem memiliki virtual address space. Virtual address space tiap proses berbeda dengan proses yang lainnya lagi, sehingga apapun yang terjadi pada sebuah proses tidak akan berpengaruh secara langsung pada proses lainnya
Memory Mapping
Memory mapping digunakan untuk melakukan pemetaan image dan file-file data ke dalam alamat proses. Pada pemetaan memori, isi dari file akan di link secara langsung ke dalam virtual address space dari proses.
Fair Physical Memory Allocation
Digunakan oleh Manajemen Memori untuk membagi penggunaan memori fisik secara “adil” ke setiap proses yang berjalan pada sistem.
Shared Virtual Memory.
Meskipun tiap proses menggunakan address space yang berbeda dari memori maya, ada kalanya sebuah proses dihadapkan untuk saling berbagi penggunaan memor

Ruang Alamat Logika dan Fisik
Alamat Logika adalah alamat yang digenerate oleh CPU, disebut juga Alamat Virtual. Alamat Fisik adalah alamat yang terdapat di memori. Perlu ada penerjemah (translasi) untuk menerjemahkan bahasa dari alamat logika ke alamat fisik. MMU (Memory Management Unit) adalah perangkat keras yang memetakan alamat logika ke alamat fisik.
Dalam Skema MMU :
•    Menyediakan perangkat register yang dapat diset oleh CPU: setiap proses mempunyai data set register tersebut (disimpan di PCB)
•    Harga dalam register base/relokasi ditambahkan ke setiap alamat proses user pada saat run dimemori
•    Program-program user hanya berurusan dengan alamat logika saja

Relokasi dinamis menggunakan register relokasi

Swapping
Sebuah proses, sebagaimana telah diterangkan di atas, harus berada di memori sebelum dieksekusi. Proses swapping menukarkan sebuah proses keluar dari memori untuk sementara waktu ke sebuah penyimpanan sementara dengan sebuah proses lain yang sedang membutuhkan sejumlah alokasi memori untuk dieksekusi. Tempat penyimpanan sementara ini biasanya berupa sebuah fast disk dengan kapasitas yang dapat menampung semua salinan dari semua gambaran memori serta menyediakan akses langsung ke gambaran tersebut. Jika eksekusi proses yang dikeluarkan tadi akan dilanjutkan beberapa saat kemudian, maka ia akan dibawa kembali ke memori dari tempat penyimpanan sementara tadi. Bagaimana sistem mengetahui proses mana saja yang akan dieksekusi? Hal ini dapat dilakukan dengan ready queue. Ready queue berisikan semua proses yang terletak baik di penyimpanan sementara maupun memori yang siap untuk dieksekusi. Ketika penjadwal CPU akan mengeksekusi sebuah proses, ia lalu memeriksa apakah proses bersangkutan sudah ada di memori ataukah masih berada dalam penyimpanan sementara. Jika proses tersebut belum berada di memori maka proses swapping akan dilakukan seperti yang telah dijelaskan di atas.
Sebuah contoh untuk menggambarkan teknik swapping ini adalah sebagai berikut: Algoritma Round-Robin yang digunakan pada multiprogramming environment menggunakan waktu kuantum (satuan waktu CPU) dalam pengeksekusian proses-prosesnya. Ketika waktu kuantum berakhir, memory manager akan mengeluarkan (swap out) proses yang telah selesai menjalani waktu kuantumnya pada suatu saat serta memasukkan (swap in) proses lain ke dalam memori yang telah bebas tersebut. Pada saat yang bersamaan penjadwal CPU akan mengalokasikan waktu untuk proses lain dalam memori. Hal yang menjadi perhatian adalah, waktu kuantum harus cukup lama sehingga waktu penggunaan CPU dapat lebih optimal jika dibandingkan dengan proses penukaran yang terjadi antara memori dan disk.
Teknik swapping roll out, roll in menggunakan algoritma berbasis prioritas dimana ketika proses dengan prioritas lebih tinggi tiba maka memory manager akan mengeluarkan proses dengan prioritas yang lebih rendah serta me-load proses dengan prioritas yang lebih tinggi tersebut. Saat proses dengan prioritas yang lebih tinggi telah selesai dieksekusi maka proses yang memiliki prioritas lebih rendah dapat dimasukkan kembali ke dalam memori dan kembali dieksekusi.
Sebagian besar waktu swapping adalah waktu transfer. Sebagai contoh kita lihat ilustrasi berikut ini: sebuah proses pengguna memiliki ukuran 5 MB, sedangkan tempat penyimpanan sementara yang berupa harddisk memiliki kecepatan transfer data sebesar 20 MB per detiknya. Maka waktu yang dibutuhkan untuk mentransfer proses sebesar 5 MB tersebut dari atau ke dalam memori adalah sebesar 5000 KB / 20000 KBps = 250 ms.
Perhitungan di atas belum termasuk waktu latensi, sehingga jika kita asumsikan waktu latensi sebesar 2 ms maka waktu swap adalah sebesar 252 ms. Oleh karena terdapat dua kejadian dimana satu adalah proses pengeluaran sebuah proses dan satu lagi adalah proses pemasukan proses ke dalam memori, maka total waktu swap menjadi 252 + 252 = 504 ms.
Agar teknik swapping dapat lebih efisien, sebaiknya proses-proses yang di- swap hanyalah proses-proses yang benar-benar dibutuhkan sehingga dapat mengurangi waktu swap. Oleh karena itulah, sistem harus selalu mengetahui perubahan apapun yang terjadi pada pemenuhan kebutuhan terhadap memori. Disinilah sebuah proses memerlukan fungsi system call, yaitu untuk memberitahukan sistem operasi kapan ia meminta memori dan kapan membebaskan ruang memori tersebut.
Jika kita hendak melakukan swap, ada beberapa hal yang harus diperhatikan. Kita harus menghindari menukar proses dengan M/K yang ditunda (asumsinya operasi M/K tersebut juga sedang mengantri di antrian karena peralatan M/Knya sedang sibuk). Contohnya seperti ini, jika proses P1dikeluarkan dari memori dan kita hendak memasukkan proses P2, maka operasi M/K yang juga berada di antrian akan mengambil jatah ruang memori yang dibebaskan P1 tersebut. Masalah ini dapat diatasi jika kita tidak melakukan swap dengan operasi M/K yang ditunda. Selain itu, pengeksekusian operasi M/K hendaknya dilakukan pada buffer sistem operasi.
Tiap sistem operasi memiliki versi masing-masing pada teknik swapping yang digunakannya. Sebagai contoh pada UNIX, swapping pada dasarnya tidak diaktifkan, namun akan dimulai jika banyak proses yang membutuhkan alokasi memori yang banyak. Swapping akan dinonaktifkan kembali jika jumlah proses yang dimasukkan berkurang. Pada sistem operasi Microsoft Windows 3.1, jika sebuah proses baru dimasukkan dan ternyata tidak ada cukup ruang di memori untuk menampungnya, proses yang lebih dulu ada di memori akan dipindahkan ke disk. Sistem operasi ini pada dasarnya tidak menerapkan teknik swapping secara penuh, hal ini disebabkan pengguna lebih berperan dalam menentukan proses mana yang akan ditukar daripada penjadwal CPU. Dengan ketentuan seperti ini proses-proses yang telah dikeluarkan tidak akan kembali lagi ke memori hingga pengguna memilih proses tersebut untuk dijalankan.
Pencatatan pemakain memori
Memori yang tersedia harus dikelola, dilakukan dengan pencatatan pemakaian
memori. Terdapat dua cara utama pencatatan pemakaian memori, yaitu :
1.         Pencatatan memakai peta bit.
Memori dibagi menjadi unit-unit alokasi,berkorespondensi dengan tiap unit
alokasi adalah satu bit pada bit map.
* Nilai 0 pada peta bit berarti unit itu masih bebas.
* Nilai 1 berarti unit digunakan.
Masalah pada peta bit adalah penetapan mengenai ukuran unit alokasi
memori, yaitu :
* Unit lokasi memori berukuran kecil berarti membesarkan ukuran peta bit.
* Unit alokasi memori n berukuran besar berarti peta bit kecil tapi memori
banyak disiakan pada unit terakhir jika ukuran proses bukan kelipatan unit
alokasi.
Keunggulan :
* Dealokasi dapat dilakukan secara mudah, hanya tinggal menset bit yang
berkorespondensi dengan unit yang telah tidak digunakan dengan 0.
Kelemahan :
* Harus dilakukan penghitungan blok lubang memori saat unit memori bebas.
* Memerlukan ukutan bit map besar untuk memori yang besar.
2.         Pencatatan memakai senarai berkait.

Sistem operasi mengelola senarai berkait (linked list) untuk segmen-segmen memori yang telah dialokasikan dan bebas. Segmen memori menyatakan  memori untuk proses atau memori yang bebas (lubang). Senarai segmen diurutkan sesuai alamat blok.

Keunggulan :

* Tidak harus dilakukan perhitungan blok lubang memori karena sudah
tercatat di node.
* Memori yang diperlukan relatif lebih kecil.
Kelemahan :
* Dealokasi sulit dilakukan karena terjadi berbagai operasi penggabungan

1. Monoprogramming

Monoprogramming sderhana tanpa swapping merupakan manajemen memori sederhana. Sistem computer hanya mengijinkan satu program pemakai berjalan pada satu waktu. Semua sumber daya sepenuhnya dikuasai proses yang sedang berjalan.

Ciriciri:

• Hanya satu proses pada satu saat
• Hanya satu proses menggunakan semua memori
• Pemakai memuatkan program ke seluruh memori dari disk/tape
• Program mengambil alih kendali seluruh mesin

Karena hanya terdapat satu proses dan menguasai seluruh sistem maka alokasi memori dilakukan secara berturutan

Embedded system

Teknik monoprogramming masih dipakai untuk sistem kecil yaitu system tempelan (Embedded sitem) yang terdapat pada system lain. Sistem tempelan menggunakan mikroprosessor kecil. Sistem ini biasanya mengendalikn suatu alat sehingga bersifat intelejen(intelejentdevice) dalam menyediakan satu fungsi spesifik.

Proteksi pada monoprogramming sederhana

Pada monoprogramming pemakai memiliki kendali penuh terhadapmemori utama.Memori terbagi menjadi 3 bagian , yaitu

• Bagian rutin system operasi
• Bagian program pemakai
• Bagian yang tidak digunakan

Masalah proteksi di monoprogramming adalah cara untuk melindungi
rutin system operasi dari penghancuran program pemakai. Program
pemakai dapat tersesat sehingga memanipulasi atau menempati ruang
memori rutin system operasi. Aktivitas ini dapat merusak system operasi.
Proteksi diimplementasikan dengan menggunakan satu register batas di
processor. Setiap kali program pemakai mengacu alamat memori
dibandingkan dengan register batas untuk memastikan proses tidak
pemakai tidak merusak system operasi, yaitu tidak melewati nilai register
batas.

Register batas berisi alamat memori tertinggi yang dipakai system operasi.Jika program pemakai mencoba memasuki system operasi, instruksi diintersepsi dan job diakhiri dan diberi pesan kesalahan.

Pengalolasian Berurutan (Contigous Allocation)

Alokasi memori secara berturutan adalah tiap proses menempati satu blok tunggal memori yang berturutan

H. Multiprograming

Multiprogramming merupakan banyak proses pada memori utama pada saat bersamaan. Alasan mengunakan multiprogramming :

• Mempermudah pemogram karena pemrogram dapat memecah program menjadi dua proses atau lebih.
• Dapat memberi layanan interaktif ke beberapa orang secara simultan.
• Efisiensi penggunaan sumber daya.
• Eksekusi lebih murah jika proses besar dipecah menjadi beberapa proses kecil.
• Dapat mengerjakan sejumlah job secara simultan

a. Multiprogramming dengan Pemartisisan Dinamis

Jumlah lokasi dan ukuran proses di memori dapat beragam sepanjang waktu secara dinamis.

Kelemahan:

• Dapat terjadi lubang-lubang kecil memori di antara partisi-partisi yang dipakai.
• Merumitkan alokasi dan dealokasi memori 

b. Multiprogramming dengan Permartisian Statis 

Terbagi dua :

1. Pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran sama, yaitu ukuran semua partisi memori adalah sama
2. Pemartisian menjadi partisi-partisi berukuran berbeda, yaitu ukuran semua partisi memori adalah berbeda. 

I. System Buddy

Sistem buddy adalah algoritma pengelolaan memori yang memanfaatkan kelebihan penggunaan bilangan biner dalam pegalamatan memori. Karakteristik bilangan biner digunakan untuk mempercepat penggabungan lubang-lubang berdekatan ketika proses terakhir atau dikeluarkan.